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通過“八字形動作”在使用中進(jìn)行校準(zhǔn)

此方法并非實驗室密集型，但只需通過在已知的磁性清潔環(huán)境中移動設(shè)備（例如智能手機(jī)）便可收集大量有價值的數(shù)據(jù)。理想的動作是指沿最大定位范圍測量磁性的運(yùn)動，由此幫助估算所有情況下的磁偏差。因此，該技術(shù)通常使用覆蓋所有三個軸向的八字形運(yùn)動來執(zhí)行。

該圖案可描繪出由磁性扭曲而變形的磁球部分。從獲得的坐標(biāo)可以非常精確地估算磁球變形，以導(dǎo)出所需的校準(zhǔn)系數(shù)。使用該方法估算的偏移將用于補(bǔ)償來自外部環(huán)境的硬鐵扭曲。


相當(dāng)多的智能手機(jī)設(shè)備和操作系統(tǒng)制造商仍然依賴于這種八字形校準(zhǔn)技術(shù)。出于校準(zhǔn)目的，當(dāng)今的智能手機(jī)經(jīng)常提示最終用戶使用地圖應(yīng)用程序在空間中進(jìn)行八字形動作。但是，通過在3D空間中移動設(shè)備來創(chuàng)建此模式可能需要10秒以上，并且如果用戶將其手機(jī)用于較為緊急的目的（例如玩動作游戲），或執(zhí)行對安全性要求較高的任務(wù)（例如在汽車內(nèi)使用智能手機(jī)導(dǎo)航），那么暫停游戲會讓玩家十分掃興，而將注意力從駕駛汽車轉(zhuǎn)至校準(zhǔn)設(shè)備則會造成安全風(fēng)險。
 

通過“自然使用動作”進(jìn)行智能校準(zhǔn)

盡管八字形動作非常適合智能手機(jī)，但在物理上也許并不可行，并且可能對其他類型的設(shè)備來說，執(zhí)行起來會比較困難或奇怪，例如腕部可穿戴設(shè)備、增強(qiáng)/虛擬現(xiàn)實耳機(jī)、入耳式可穿戴設(shè)備和機(jī)器人吸塵機(jī)。
 
磁力計校準(zhǔn)背后的基本理念在于通過估算磁球與地球磁場矢量的偏差作為半徑來估算磁力計的偏移。為了降低校準(zhǔn)所需的時間并以更小、更自然的運(yùn)動校準(zhǔn)設(shè)備，可使用陀螺儀信號輔助磁場傳感器的校準(zhǔn)。
校正后的陀螺儀信號相對于最后磁場值定義其旋轉(zhuǎn)。一旦確定了新的磁場值，便會將其饋入擴(kuò)展卡爾曼濾波器（EKF）。EKF估計磁力計偏移和磁場矢量的大小（半徑）。磁強(qiáng)計干擾檢測基于卡爾曼濾波器的殘差。
由于這些快速傳統(tǒng)型磁力計校準(zhǔn)器利用陀螺儀數(shù)據(jù)，因此在重新校準(zhǔn)過程中被校準(zhǔn)的設(shè)備必須處于靜止?fàn)顟B(tài)，即陀螺儀本身在校準(zhǔn)期間不會漂移。然而，對于較新的“體戴式”裝置而言，這并不可行，因為這些時刻、并且是在較長的時間段內(nèi)處于使用和運(yùn)動中。
 
定義了這個問題后，Bosch Sensortec專注于通過開發(fā)“自然使用型”快速磁力計校準(zhǔn)軟件來迎接挑戰(zhàn)。該軟件針對每種不同類型設(shè)備的典型用途獲得配置，即使這些處于恒定運(yùn)動中。其目標(biāo)在于確保即使用戶不必做出任何特定、有意的動作，設(shè)備中的慣性傳感器也可以自動且準(zhǔn)確地校準(zhǔn)，以實現(xiàn)在變化環(huán)境中的使用。
 
以下將介紹可穿戴設(shè)備、控制器和耳機(jī)的幾個示例：
 

腕部可穿戴設(shè)備

對于佩戴腕表或健身追蹤器的人來說，經(jīng)常瀏覽設(shè)備、查看計算的步數(shù)或燃燒的卡路里、閱讀消息通知，或只是查看時間再自然不過了。由于大多數(shù)用戶不知道自己位于會影響其磁力計的材料附近，或者甚至在其設(shè)備中安裝了磁力計，因此設(shè)備需要在不知情的情況下在后臺執(zhí)行校準(zhǔn)。此外，如果用戶必須在空中揮手以校準(zhǔn)“智能腕表”，看起來會很奇怪。因此，Bosch Sensortec磁力計校準(zhǔn)器可在后臺靜音工作，無論何時用戶查看手腕，都可以補(bǔ)償磁力計偏移。
 
統(tǒng)計學(xué)已經(jīng)證明，只需做出兩三個“查看”設(shè)備的動作，這種用于可穿戴設(shè)備的快速磁力計校準(zhǔn)器便可估算出偏移，而且以典型且較低的數(shù)據(jù)速率運(yùn)行。 


該校準(zhǔn)程序?qū)κ覂?nèi)和室外導(dǎo)航應(yīng)用都很有效。例如，使用九軸慣性傳感器估算用戶位置和步行軌跡的PDR（行人航位推算）應(yīng)用程序在激活校準(zhǔn)器時具有相當(dāng)高的精度。下面的例子清楚地表明，雖然兩個軌跡估算都是從0.0開始，但在約為2x200m的短行走距離中未校準(zhǔn)設(shè)備的累積航向誤差導(dǎo)致的位置誤差超過43％。

 

虛擬和增強(qiáng)現(xiàn)實耳機(jī)

與此類似，現(xiàn)實中無法要求虛擬現(xiàn)實耳機(jī)的用戶經(jīng)常以八字形運(yùn)動移動其頭部，尤其是佩戴耳機(jī)時。特別是對于耳機(jī)，由于大腦會記錄用戶實際運(yùn)動和在屏幕上看到的視覺圖像之間的對準(zhǔn)偏差，即使相對較小的航向和水平傾斜偏差也可能導(dǎo)致非常不愉快的眩暈癥狀。
 
Bosch Sensortec的耳機(jī)磁力計校準(zhǔn)器校準(zhǔn)磁力計，同時用戶可自然地將頭部繞頸部軸線移動。校準(zhǔn)的積極效果已明顯地在頭部跟蹤算法和多個AR/VR子使用案例中的關(guān)鍵性能定位結(jié)果中得到證明。 

游戲控制板，VR/TV遙控器

隨著定向傳感器滲透到越來越多的電視遙控器中，以及VR遙控器和游戲控制板向應(yīng)用程序開發(fā)者提供越來越復(fù)雜的服務(wù)，收集準(zhǔn)確可靠的航向數(shù)據(jù)并使真北與內(nèi)容顯示設(shè)備彼此協(xié)調(diào)變得至關(guān)重要。這一問題尤其體現(xiàn)在，當(dāng)用戶手持控制裝置時，盡管他們的手靜止，但依然看到光標(biāo)在前進(jìn)中漂移，或光標(biāo)朝著與其實際手部動作不同的方向移動。
 
同樣，Bosch Sensortec的磁力計校準(zhǔn)器考慮到遙控器或游戲控制板的自然運(yùn)動，并大大減少了航向偏差，如下面的實際數(shù)據(jù)所示。 

綜述

3D線圈和數(shù)據(jù)驅(qū)動工具的組合可用于創(chuàng)建和利用SIC矩陣，此外，通過借助用戶界面通知用戶進(jìn)行八字形動作，和集成自然使用型快速磁力計校準(zhǔn)器軟件，九軸傳感器數(shù)據(jù)融合的可靠性如今獲得大幅提升。這一點(diǎn)非常重要，因為磁力計精度和傳感器數(shù)據(jù)融合是智能手機(jī)、可穿戴設(shè)備、AR/VR耳機(jī)和控制單元，甚至機(jī)器人真空吸塵器等各種設(shè)備的重要組成部分。
 
Bosch Sensortec的3D軟鐵補(bǔ)償將“禁區(qū)”減少了70％，為設(shè)計師和布局工程師提供了更大的靈活性和準(zhǔn)確性保證，并顯著降低了對產(chǎn)品再原型設(shè)計的需求。
 
此外，使用中校準(zhǔn)以及智能校準(zhǔn)技術(shù)通過降低現(xiàn)代環(huán)境中普遍存在的硬鐵扭曲，大大提高了航向精度。雖然使用中校準(zhǔn)依賴于用戶在三維空間中進(jìn)行八字形動作，但Bosch Sensortec開發(fā)的智能校準(zhǔn)器可以巧妙地融合設(shè)備自然使用期間收集的傳感器數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)相同的結(jié)果。例如，對于智能腕表等可穿戴設(shè)備，軟件通過傳感器數(shù)據(jù)融合提高了行人跟蹤的可靠性。與此類似，通過分析耳機(jī)用戶的各種典型動作，例如躲避、低頭和彎腰、跳躍和坐下等，Bosch Sensortec比市面上其他類似的傳統(tǒng)型解決方案實現(xiàn)了更高的傳感器數(shù)據(jù)融合精度。
 
雖然航向精度的提高只是傳感器數(shù)據(jù)融合如何改善最終用戶體驗的一個例子，但Bosch Sensortec的傳感器數(shù)據(jù)融合軟件中還包含其他多種算法，可以幫助設(shè)備制造商令自己的設(shè)備脫穎而出，并大大改善終端用戶體驗。